Il Laboratorio Europeo per la Fisica di Particelle (CERN) di Ginevra ha da poco annunciato la possibile evidenza della presenza del bosone di Higgs nelle misure raccolte dall’acceleratore LHC (Large Hadron Collider) nel periodo 2010-2011. Il preannuncio la settimana scorsa da parte del Direttore Generale del CERN, Rolf –Dieter Heuer, su dei progressi molto importanti nella ricerca del fantomatico bosone aveva creato una enorme aspettativa. L’ultima volta che il CERN ha vissuto un evento di simile portata è stato nel 1983, con la scoperta dei bosoni W e Z, mediatori della cosiddetta interazione elettrodebole: un risultato che ha fatto vincere il Nobel all’italiano Carlo Rubbia insieme a Simon van der Meer. Nel 1995 era toccato all’acceleratore Tevatron del Fermilab di Chicago di scoprire il quark top, il più pesante dei sei quark finora conosciuti. Si capisce chiaramente l’importanza della notizia di ieri: da quasi 15 anni non si annunciava la scoperta di una nuova particella fondamentale e da quasi 30 questo non accadeva al CERN.
Le nuove misure sono state presentate dai due principali esperimenti di LHC, ATLAS e CMS, entrambi guidati da scienziati italiani: Fabiola Gianotti e Guido Tonelli rispettivamente. Prima a illustrare i suoi risultati è stata Gianotti: ATLAS ha osservato degli eccessi di eventi, confrontando i dati con le attese del rumore di fondo, in un intervallo corrispondente a un valore della massa dell’Higgs pari a circa 126 GeV, dove un GeV è approssimativamente l’energia di un protone a riposo.
Per massimizzare la sensitività dei dati è necessario combinare l’informazione del massimo numero possibile di canali di disintegrazione dell’Higgs. L’eccesso misurato per ATLAS si trova in maniera consistente nei tre canali di ricerca principali, dove l’Higgs decade in bosoni elettrodeboli (fotoni, W e Z) e ha una rilevanza statistica compresa tra i 2 e i 3 sigma, a seconda dello specifico trattamento statistico applicato. Per capire questo risultato, bisogna ricordare che ogni misura sperimentale ha una incertezza associata e valutare con precisione questa incertezza è cruciale per poter determinare la rilevanza statistica della misura. Per esempio, quando diciamo che la significatività della misura di ATLAS è di “3-sigma”, vogliamo dire che c’è una probabilità di meno dello 0,2% che si tratti di una fluttuazione statistica. La convenzione più usata è di stabilire che c’è una scoperta solo quando si superano i “5-sigma”, cioè che la probabilità che il rumore di fondo simuli il segnale è più piccola di una parte su 20 milioni. L’aggiunta di nuovi dati nei prossimi mesi mostrerà se questa prima evidenzia dell’Higgs si trasformerà in vera scoperta o si invece si rivelerà solo come rumore di fondo.
Immediatamente dopo la Gianotti, Tonelli ha presentato la sua analisi dell’esperimento CMS. Seguendo le linee di ATLAS, CMS ha studiato un insieme grande di possibili canali dove si aspettano segnali del decadimento del bosone di Higgs, trovando un eccesso nella maggioranza di questi canali, di significatività piccola ma consistenti tra di loro. Combinando tutti i risultati, l’ipotesi di un bosone di Higgs con una massa di 124 GeV è quella preferibile in base ai dati, ma anche qui la significatività statistica è tra 2 e 3 sigma.
Prendendo tutto insieme, ATLAS e CMS hanno limitato l’intervallo delle masse ancora permesse al bosone di Higgs a una regione molto stretta tra 115 e 130 GeV. In sintesi, i due esperimenti osservano un eccesso di dati consistenti con un bosone di Higgs di circa 125 GeV, con la significatività prima indicata. Dunque possiamo dire che il bosone di Higgs è più vicino che mai, ma il tribunale sperimentale non può ancora emettere il verdetto. L’eccesso osservato da ATLAS e CMS è estremamente suggestivo, ma bisognerà usare tutti i dati del 2012, combinando i risultati di ATLAS e CMS, prima di poter sancire la scoperta di questa elusiva particella.
Una scoperta che, se fosse confermata nei prossimi mesi, avrebbe implicazioni enormi. Sul versante teorico, l’esistenza accertata del bosone di Higgs potrà validare in modo conclusivo il cosiddetto Modello Standard della fisica di particelle e la teoria quantistica dei campi sulla quale tale modello è basato; in più suggerirà che ci saranno nuove particelle e interazione da scoprire con LHC nei prossimi anni: supersimmetria, dimensioni addizionali, nuove interazioni forti o nuove risonanze.
Ci saranno anche implicazione in cosmologia, sulla natura della dark matter e sull’energia oscura. Per esempio, nei prossimi anni con LHC potrebbero essere trovate le particelle che formano la materia oscura cosmologica.
Si avvicina quindi il momento in cui potremo avere una comprensione migliore del meccanismo che porta le particelle ad acquisire una massa e del perche le interazioni fondamentali sono quelli che conosciamo. L’anno prossimo l’energia di LHC salirà dai 7 agli 8 TeV e, dopo una pausa di un anno, nel 2014 l’energia sarà di 14 TeV, il che permetterà di studiare dimensioni ancora più piccole e aumentare il numero di possibili nuove teorie che potranno essere testate.
Sul fronte della politica scientifica, la scoperta del bosone di Higgs a bassa massa diventa un argomento molto forte per spingere la costruire del successivo acceleratore, successore di LHC: un collisionatore lineare di elettroni e positroni a energia tra 500 e 3000 GeV (3 TeV), dove le proprietà fisiche del bosone di Higgs e altre nuove particelle potranno essere studiate con grande precisione. Nel clima attuale di instabilità finanziaria questo nuovo collisionatore ha un futuro incerto, ma la scoperta del bosone di Higgs aiuterà molto a pianificare la fisica delle particelle nei prossimi anni. Scoprire il bosone di Higgs sancirà il successo dell’ingente sforzo scientifico e tecnologico che è stato necessario per progettare e costruire LHC, un’avventura che ha coinvolto decina di migliaia di persone per più di vent’anni e che ci permette di avere fiducia nel fatto che la strategia della “Big Science” per studiare la realtà naturale è ancora valida.
La fisica delle particelle nei prossimi anni si presenta come un’avventura veramente affascinante, dove alcune delle nostre domande più fondamentali sulla nostra origine e sulla struttura della realtà potranno iniziare a trovare risposte. Ma in giorni come questi è anche giusto riconoscere la nostra capacità di interrogare la realtà fino questi livelli profondi e di trovare risposte: un’esperienza così affascinante, come può essere la scoperta del bosone di Higgs.
